Активные фильтры: современное решение для стабильной работы электросети

Определение и принцип работы активных фильтров

Активные фильтры — это электронные устройства, осуществляющие коррекцию качества электроэнергии за счет мониторинга параметров системы электроснабжения и корректировки формы кривой потребляемого тока и напряжения в сети, при использовании нелинейных потребителей. Нелинейные потребители — это потребители, характер потребления электроэнергии которых невозможно описать линейной зависимостью тока от напряжения (вольт-амперная характеристика). 

Примеры оборудования с нелинейным потреблением:

• Преобразователи частоты;
• Тиристорные регуляторы;
• Светодиодное освещение;
• Компьютеры;
• ИБП и пр.

Активные фильтры обеспечиваю 3 главные функции:

• Снижение гармонических искажений;
• Снижение реактивной мощности;
• Уменьшение дисбаланса в сети.

Активные фильтры представляют собой комбинацию пассивных элементов (сопротивления, емкости и конденсаторы), активных компонентов (транзисторы) и встроенной системы управления, что позволяет им выполнять более сложные функции фильтрации по сравнению с пассивными фильтрами.

Рис1. - Принцип работы активного фильтра

Принцип работы активных фильтров заключается в определении тока нагрузки в режиме реального времени с помощью внешнего датчика тока (ТТ), расчета гармонического состав тока нагрузки и, после анализа данных, формирования контроллером задания на драйвер инвертора, состоящим из 12 IGBT-модулей, с помощью ШИМ-сигналов, заставляя инвертор вырабатывать ток противоположный по фазе, равный по величине гармонике нагрузки, который подается в электросеть для компенсации гармонического тока. Таким же образом осуществляется снижение реактивной мощности и дисбаланса в сети.

Рис 2. - Принцип работы активного фильтра при компенсации гармоник

Рис 3. - Принцип работы активного фильтра при компенсации реактивной мощности и дисбаланса в сети

Технические характеристики активных фильтров

Основными характеристиками активных фильтров являются:

1. Электрические характеристики:

• Номинальный ток или мощность компенсации: от 25А до 300А и более/от 30 кВАр до 200 кВАр и более,
• Номинальное напряжение: 380/400/415 В или 480/600/690 В,
• Номинальная частота: 50/60 Гц.

1. Тип подключения:

• 3-х проводная схема.

может использоваться для систем с потребителями генерирующие нечетные гармоники и гармоники не кратные 3-м (например: 6-пульсные преобразователи частоты)

• 4-х проводная схема.

может использоваться для систем с потребителями генерирующие четные гармоники и гармоники кратные 3-м (например: компьютеры). Для таких потребителей характерно явление скопление нежелательных гармоник в нейтральном проводе, поэтому при подключении фильтра используется 4-х проводная схема, включающая в себя нейтральный провод)

1. Производительность активного фильтра:

• КПД системы: 97% и более.
• Диапазон фильтрации: со 2-ой по 50-ю гармоники.
• Скорость компенсации: Время полного отклика ＜5 мс.
• Частота переключений IGBT модулей: до 20 МГц.
• Возможность параллельной работы для увеличения емкости компенсации: безлимитное подключение.

1. Защитные функции:

• Защита от перенапряжения;
• Защита от пониженного напряжения;
• Защита от короткого замыкания;
• Защита от неправильного подключения моста инвертора;
• Защита от избыточной компенсации.

1. Возможности мониторинга системы:

• Наличие графической панели с мнемосхемой и отражением основных параметров сети: встроенная панель 4.3 дюйма, внешняя панель 7 дюймов;
• Возможность передачи данных по протоколу связи: Modbus RTU/ Modbus TCP и сухие контакты состояния фильтра;
• Запись аварийных сообщение: сохранение до 500 записей.

1. Конструктивное исполнение

• Несколько видом исполнения под разные задачи: для монтажа в стойку, на стену или готовое решение в едином корпусе, для параллельно объединенных фильтров;
• Степень защиты: IP20/IP54

1. Условия эксплуатации:

• Рабочая температура: -10°C ~ +40°C;
• Относительная влажность: макс. 95 %, без образования конденсата;
• Высота над уровнем моря: ≤1500 м.

Особенности и преимущества активных фильтров

За счет использования активных элементов, DSP-контроллера и новейших технологий активные фильтры обеспечивают систему электроснабжения от таких нежелательных эффектов как резонанс, за счет мониторинга состояния системы в режиме реального времени. Также активные фильтры отличаются быстрой реакцией на изменение в системе, что позволяет расширять парк потребителей в электрической сети.

Рис 4. - Явление резонанса

Активные фильтры способны осуществлять свои три главные функции одновременно, с определением очередности выполнения функции, что позволяет использовать их в широком спектре задач. Например, у потребителя есть проблемы, связанные только с наличием реактивной мощности в сети. При использовании активного фильтра гармоник требуется предусмотреть необходимую мощность на компенсацию реактивной мощности и настроить фильтр таким образом, что алгоритм системы будет сначала компенсировать реактивную мощность, а оставшуюся мощность фильтра потратить на компенсацию гармонических искажений. В настоящее время нет систем электроснабжения без нелинейных потребителей, поэтому некоторое количество паразитных гармоник найдется в каждой системе электроснабжения. То же самое можно сказать о дисбалансе в сети. Данную функцию также можно добавить в алгоритм, определив при этом ее приоритетность.

Принцип монтажа, настройки и работы

Одним из ключевых преимуществ активных фильтров является их способность работать без использования громоздких индуктивных компонентов, что важно для уменьшения размеров и повышения надежности устройств.

Активные фильтры имеют видов исполнения, которые обеспечивают гибкость решения под требования Заказчика: стоечное исполнение, навесное исполнение и готовое решение в едином корпусе, для параллельно объединенных фильтров.

Рис 5. - Стоечное исполнение, настенное исполнение активного фильтра VEDADF

Активные фильтры имеют интуитивно понятный интерфейс, который обеспечивает легкую настройку фильтра перед эксплуатацией. В стандартных проектах необходимо правильно подключить датчики тока, настроить всего несколько параметров и нажать кнопку «Пуск». В остальном фильтр сам определит все необходимые параметры за счет создания в своей системе управления математическую модель вашей системы электроснабжения.

Технические особенности

Активные фильтры обеспечивают гибкость в проектировании и модернизации электронных схем благодаря легко изменяемым характеристикам. Возможность высокой степени миниатюризации и интеграции в современные системы электроснабжения позволяет активным фильтрам занимать важное место в современной технике.

Дополнительная информация и рекомендации

Активные фильтры идеально подходят для использования в современных промышленных применениях, в гражданских применениях, где предъявляются высокие требования к помехам, например больницы, аэропорты прочее.

На данный момент широкое применение активные фильтры приобрели как альтернатива использования устаревшего решения с применением УКРМ. Это вызвано негативным влиянием преобразовательной техники на конденсаторы в составе УКРМ, за счет резонансных явлений.

Рекомендуется при проектировании активных фильтров учитывать все технические параметры и условия эксплуатации, чтобы оптимально выбрать компоненты и схемотехнику. Обучение персонала и использование качественных комплектующих поспособствует долговечности и надежности работы фильтров в различных условиях.

Смотреть товары.